Лазерный мир

Гаврилов В.Ф., Караськин Д.А. // В сборнике: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МОЛОДЕЖИ. материалы XX студенческой научно-практической конференции, посвященной 90-летию УГАТУ и 45-летию филиала в г. Кумертау. Уфимский государственный авиационный технический университет, филиал в г. Кумертау. Уфа, 2022. С. 715-718.

Лазер — это энергетический инструмент[1], который излучает направленный свет посредством физического процесса оптического усиления, данный процесс основан на стимулированном испускании электромагнитного излучения. В самом широком смысле энергетический инструмент — это инструментальное устройство, представляющее собой генерируемый поток энергии с собственными свойствами и физическими характеристиками, способный выполнять различные задачи.
Лазеры достаточно широко применяются для упрочнения поверхностей конструкций из металла при изготовлении деталей из металла, например лопаток турбин для аэрокосмической промышленности. Это тонкостенные металлические детали сложной конфигурации, для которых « тонкое» лазерное упрочнение превосходит обычное упрочнение шариковым методом.

Сегодня лазерная закалка используется не только в аэрокосмической промышленности, но и в автомобильной промышленности (компоненты шасси, детали коробки передач) и в медицине (для закалки имплантатов коленного и тазобедренного суставов) [2].
При лазерной закалке используются высокоинтенсивные импульсы, которые создают ударные волны необходимой интенсивности в направлении закаливаемого материала. Отметим, что в деталях процедура выглядит следующим образом (рис. 1): перед процессом обработки на закаленную поверхность физически наносятся два слоя. Задача одного из слоев, поглощать лазерный луч — нижележащий слой находится близко к металлу — а второй, наносимый слой, прозрачный и располагается на поверхности. Таким образом, в качестве поглощающего слоя, в данной технологии, используется наносимое, специальное покрытие, а в качестве прозрачного слоя, в технологическом процессе, сверху как правило используется вода.

Лазерный луч, сконцентрированный и направленный на эти слои, свободно проходит через прозрачную среду, воду и начинает интенсивно воздействовать, испарять краску во втором, нижнем слое. Однако в этот момент слой воды начинает препятствовать быстрому образованию попутного газа из испаряющегося, под воздействием лазера, нижнего слоя. В результате энергия образовавшегося газа направляется в сторону, противоположную водному слою, т.е. к металлу, тем самым упрочняя его.

Лазерная резка основана на принципе, что излучение производит тепловой эффект на материал. В этом процессе металл нагревается до температуры плавления, на последующем этапе, до температуры кипения, после чего материал меняет форму перехода, начинает испаряться (рис. 2). Из- за высокого потребления энергии этот метод обработки подходит только для тонких металлов.
Высокая концентрация энергии применяемого лазерного луча проникает на необходимую глубину в материал заготовки. Его воздействие на зону резания приводит к плавлению, испарению, горению или другим процессам, которые изменяют структуру металла и заставляют его исчезнуть.

Другим важным техническим применением лазеров выступает процесс лазерной сварки. При лазерной сварке получается сварной шов не такой толстый, как при старых методах сварки. [2]

Сварка, с использованием лазера, выполняется в воздухе и в среде защитных газах, таких как аргон и углекислый газ. Отметим, что вакуум, создаваемый при электронно-лучевой сварке, не требуется, поэтому используемый лазерный луч можно использовать для сварки больших конструкций. Отметим, что лазерный луч достаточно легко контролировать и регулировать, его можно легко направлять оптически с помощью зеркал и направлять на труднодоступные участки другими методами. Как видно, в отличие от используемых на практике электронных лучей и электрических дуг, лазерный луч не подвержен влиянию магнитных полей, что гарантирует стабильность сварного шва.

Еще одним свойством выступает высокая плотность энергии лазерной сварки (диаметр образуемого пятна 0,1 мм или меньше), сварочная ванна достаточно мала, ширина горячей зоны так же мала, а скорости получаемого нагрева и охлаждения достаточно высоки. Данные обстоятельства обеспечивают необходимую, высокую техническую прочность получаемого сварного соединения и низкую деформацию сварной конструкции. Сварка, с использованием лазера, основана на быстром нагреве небольшого количества металла до его полного расплавления, что возможно исключительно благодаря достаточно высокой концентрации получаемой
энергии от лазерного луча.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Терегулов Н.Г., Сущность и формы проявления энергетических инструментов/Н.Г.Терегулов.-Уфа: Гилем, Башк. Энцикл., 2013. — 4144с.
Лазерные технологии на машиностроительном заводе, Н.Г.Терегулов, Б.К.Соколов, Г.Варбанов, Б.С.Малышев, М.И.Неганов, Е.Ю.Ерофеев